CN108327894B - 一种仿沙垄气动减阻舌形微结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿沙垄气动减阻舌形微结构，属于飞行器技术领域。该结构包括舌形结构层和基底结构层，所述的舌形结构层有舌形结构体组成。本发明的有益效果：1.当空气来流的主风向受到了一个副方向气流的扰动时，仿沙垄气动减阻舌形微结构的前突出部可以和减阻的小肋结构一样，实现主风向旋涡的破碎；与此同时仿沙垄气动减阻舌形微结构的侧面突出部也可以对副风向的旋涡实现破碎的效果，从而最大程度地减少翼面附近的内外动量交换，实现减阻的功能。2.当空气来流的方向不断变化时，若其主风向在仿沙垄气动减阻舌形微结构的两个突出部之间变化时，该结构均能破碎其方向上的旋涡，延迟湍流猝发，降低摩擦阻力和压差阻力，具有减阻效果。

Description

一种仿沙垄气动减阻舌形微结构
技术领域
本发明涉及一种飞行器机翼，尤其涉及一种用于飞行器机翼的仿沙垄气动减阻舌形微结构，属于飞行器技术领域。
背景技术
当前，我国开展的“大飞机工程”迫切需要实现大承载、长航程、低油耗等目标，对气动减阻提出了更高的要求。
有别于传统通过改变飞机气动布局实现减阻的方式，通过改变大飞机表面的微观结构实现减阻的边界层减阻技术是另一种重要的方法。由于这种方法存在着巨大的潜力值得挖掘，近年来国内外学者对其进行了广泛的研究。以专利公开号CN105644770A名称为《仿鲨鱼皮的减阻机翼》，专利公开号CN105644770B名称为《一种仿鲨鱼皮的减阻机翼的减阻方法》和专利公开号CN106585949A名称为《一种仿生鲨鱼皮减阻结构》为代表的一系列专利，其源于鲨鱼皮仿生研究的小肋气动减阻技术被学术界认为是很有前景的方案。但是，小肋减阻技术的突出问题就是风向鲁棒性较差，即前人研究的形貌笔直的小肋结构，在风向参数的摄动下很难维持较好的气动减阻性能。
发明内容
本发明的目的是：为了克服现有小肋减阻技术风向鲁棒性较差的缺点。我们认为需要寻找新的模仿对象，而具备较好气动减阻风向鲁棒性的模仿对象，应该具备四个方面的特征：与空气相互作用、雷诺数大、有肋状结构，有风向场的摄动。由此我们联想到了沙漠，经过大量调研筛选后，我们选择了我国独有的库姆塔格沙漠舌形沙垄作为全新的模仿对象。本发明提出了一种仿沙垄气动减阻舌形微结构，其具有风向鲁棒性好的特点。
本发明提出的仿沙垄气动减阻舌形微结构，包括(a)舌形结构层(b)基底结构层，所述的舌形结构层有舌形结构体组成。具体的，舌形结构体为特征宽度在20到35微米的结构。其截面形状由左右两条曲线和上下两条直线段组成，这两条曲线均为平滑曲线，其上半部分突出下半部分凹陷，并且这两条曲线不能完全重合，如图1所示。所有舌形结构体沿伸展方向互相平行，舌形结构体之间的间距为特征宽度的8到10倍，舌形结构体的高度为其特征宽度的1倍到2倍；舌形结构体的排列方式可以是有间隙但是间隙排列在一条直线上(如图2所示)或者是有间隙但是间隙排列不在一条直线上(如图3所示)。
基底材料层上表面可以是光滑平面，也可以是弯曲程度在一定范围之内的波形曲面。
本发明中，上述两个结构层均可采用金属、无机非金属材料、聚合物材料来制备，金属材料如铝、铜、钢等，以及其合金材料，无机非金属材料如聚合物材料如PDMS(聚二甲基硅氧烷)、光刻胶等。
本发明的有益效果是：1.当空气来流的主风向受到了一个副方向气流的扰动时，仿沙垄气动减阻舌形微结构的前突出部可以和减阻的小肋结构一样，实现主风向旋涡的破碎；与此同时仿沙垄气动减阻舌形微结构的侧面突出部也可以对副风向的旋涡实现破碎的效果，从而最大程度地减少翼面附近的内外动量交换，实现减阻的功能。2.当空气来流的方向不断变化时，若其主风向在仿沙垄气动减阻舌形微结构的两个突出部之间变化时，该结构均能破碎其方向上的旋涡，延迟湍流猝发，降低摩擦阻力和压差阻力，具有减阻效果。
附图说明
图1是仿沙垄气动减阻舌形微结构的截面示意图
图2是实施例中具体实施案例1仿沙垄气动减阻舌形微结构轴测图
图3是实施例中具体实施案例2仿沙垄气动减阻舌形微结构轴测图
具体实施方法
下列实施例进一步描述和证明了本发明范围内的优选实施方案。所给的这些实施例仅仅是说明性的,不可理解为是对本发明的限制。
具体实施案例1：
舌形结构层和基底结构层均以硅制成。其中舌形结构体为特征宽度为35微米。所有舌形结构体沿伸展方向互相平行，舌形结构体之间的间距为特征宽度的8倍，舌形结构体的高度为其特征宽度的1倍；舌形结构体的排列方式是有间隙的但是间隙排列在一条直线上，基底材料层上表面是光滑平面，如图2所示。
具体实施案例2：
舌形结构层和基底结构层均以硅制成。其中舌形结构体为特征宽度为27微米。所有舌形结构体沿伸展方向互相平行，舌形结构体之间的间距为特征宽度的10倍，舌形结构体的高度为其特征宽度的2倍；舌形结构体的排列方式是有间隙的但是间隙排列不在一条直线上，基底材料层上表面是光滑平面，如图3所示。

Claims (3)

1.仿沙垄气动减阻舌形微结构，其特征在于，包括(a)舌形结构层(b)基底结构层，所述的舌形结构层由舌形结构体组成；所述舌形结构体为特征宽度在20到35微米的结构，其截面形状由左右两条曲线和上下两条直线段组成，这两条曲线均为平滑曲线，其上半部分突出下半部分凹陷，并且这两条曲线不能完全重合；所有舌形结构体沿伸展方向互相平行，舌形结构体之间的间距为特征宽度的8到10倍，舌形结构体的高度为其特征宽度的1倍到2倍；舌形结构体的排列方式为间隙排列在一条直线上，或者是有间隙但是间隙排列不在一条直线上。
2.如权利要求1所述的仿沙垄气动减阻舌形微结构，其特征在于，所述基底结构层上表面是光滑平面，或者是弯曲程度在一定范围之内的波形曲面。
3.如权利要求1所述的仿沙垄气动减阻舌形微结构，所述舌形结构层和基底结构层为金属、无机非金属材料或聚合物材料。
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